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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zur Überwachung der
Funktionsweise eines oder mehrerer Verbraucherstromkreise, insbesondere
eines Hausgeräts, die
jeweils einen steuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere einen
Triac, und einen mit diesem verbundenen elektrischen Verbraucher
enthalten und die von wenigstens einer Wechselspannungsquelle gespeist
werden, welche eine Wechselspannung mit positiven und negativen
Spannungshalbwellen liefert.
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Zur Überwachung
der Funktionsweise eines einen Gleichstrommotor enthaltenden Verbraucherstromkreises
ist es bereits bekannt (siehe beispielsweise Siemens Schaltbeispiele,
Ausgabe 1982/83, Seite 37, Bild 2.2 und Seite 47, Bild 2.5), den
Stromfluss im Verbraucherstromkreis über einen niederohmigen Messwiderstand
(Shuntwiderstand zu leiten und den Spannungsabfall an diesem Messwiderstand
mittels eines Operationsverstärkers
auszuwerten. Eine Überwachung
der Funktionsweise eines oder mehrerer Verbraucherstromkreise, die
von wenigstens einer Wechselspannungsquelle gespeist werden, also
nicht eine Gleichspannung zugeführt erhalten,
ist in dem betrachteten Zusammenhang indessen nicht bekannt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen,
wie auf relativ einfache Weise die Funktionsweise eines oder mehrerer
Verbraucherstromkreis überwacht
werden kann, die von wenigstens einer Wechselspannungsquelle gespeist werden.
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Gelöst wird
die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch,
dass die sämtliche steuerbaren
Halbleiterschalter und elektrischen Verbraucher durchfließenden Ströme durch
einen gemeinsamen niederohmigen Messwiderstand geleitet werden und
dass der an diesem niederohmigen Messwiderstand jeweils auftretende
Spannungsabfall hinsichtlich der Amplituden der positiven und der negativen
Spannungshalbwellen gesondert ausgewertet wird.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt zwar wie der oben betrachtete Stand
der Technik die Verwendung eines niederohmigen Messwiderstands aus,
allerdings ist hier lediglich ein einziger niederohmiger Messwiderstand
für sämtliche
vorhandenen Verbraucherstrom kreise vorgesehen. Außerdem werden
bei der vorliegenden Erfindung die an dem verwendeten einzigen niederohmigen
Messwiderstand jeweils auftretenden positiven und negativen Spannungsabfälle gesondert
ausgewertet, welche auf die Stromflüsse durch sämtliche überwachten Verbraucherstromkreise
zurückgehen.
Dadurch lassen sich bei fehlerhaftem Arbeiten eines oder mehrerer
der vorhandenen Verbraucherstromkreise in vorteilhafter Weise Rückschlüsse auf
unterschiedliche Fehler in den betreffenden Verbraucherstromkreisen
ziehen, je nachdem ob und gegebenenfalls welche der positiven und/oder
negativen Spannungsabfälle
an dem genannten einzigen niederohmigen Messwiderstand von vorgegebenen
Nennwerten gleichen. So lässt sich
beispielsweise aus einem Anstieg der positiven und der negativen
Spannungsabfälle
an dem genannten einzigen Messwiderstand über vorgegebene Nennwerte hinaus
im Falle eines einen elektrischen Verbraucher darstellenden Elektromotors,
wie eines Pumpenmotors eines Hausgeräts, ableiten, dass dieser Motor
nicht ordnungsgemäß läuft. Im
Falle eines von einem vorgegebenen Nennwert abweichenden positiven
oder negativen Spannungsabfalls an dem genannten einzigen niederohmigen
Messwiderstand kann zum Beispiel eine fehlerhafte Funktionsweise eines
oder mehrerer der vorhandenen steuerbaren Halbleiterschalter erkannt
werden. Dies führt
zu einer Eingrenzung möglicher
fehlerhafter Teile der überwachten
Verbraucherstromkreise.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
dient vorzugsweise eine Schaltungsanordnung, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass sämtlichen
elektrischen Verbraucher zusammen mit ihren zugehörigen steuerbaren
Halbleiterschaltern über
einen niederohmigen Messwiderstand an der wenigstens einen Wechselspannungsquelle
angeschlossen sind und dass an dem genannten niederohmigen Messwiderstand
eine die positiven und die negativen Spannungshalbwellen der genannten
Wechselspannung gesondert auswertende Auswerteanordnung angeschlossen
ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines besonders geringen
schaltungstechnischen Aufwands, um die Funktionsweise eines oder
mehrerer Verbraucherstromkreise gemäß der Erfindung zu überwachen.
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Zweckmäßigerweise
weist die Auswerteanordnung eine die positiven Spannungshalbwellen
der betreffenden Wechselspannung auswertende erste Auswerteeinrichtung
und eine die negativen Spannungshalbwellen der betreffenden Wechselspannung
auswertende zweite Auswerteeinrichtung auf. Hierdurch ergibt sich
der Vorteil einer besonders einfach aufzubauenden Auswerteanordnung.
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Ein
besonders geringer schaltungstechnischer Aufwand ergibt sich in
vorteilhafter Weise dadurch, dass jede der beiden Auswerteeinrichtungen durch
einen Operationsverstärker
gebildet ist, der mit seinem invertierenden Eingang und mit seinem nichtinvertierenden
Eingang an den beiden Enden des genannten niederohmigen Messwiderstands
angeschlossen ist.
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Dabei
sind zweckmäßigerweise
ein erster Operationsverstärker
mit seinem nichtinvertierenden Eingang und ein zweiter Operationsverstärker mit seinem
invertierenden Eingang mit dem einen Ende des genannten Messwiderstands
verbunden, und es sind der genannte erste Operationsverstärker mit
seinem invertierenden Eingang und der genannte zweite Operationsverstärker mit
seinem invertierenden Eingang mit dem anderen Ende des genannten Messwiderstands
verbunden. Durch diese schaltungstechnische Maßnahme können die beiden genannten Operationsverstärker auf
besonders einfache Weise Spannungshalbwellen unterschiedlicher Polarität der an
dem genannten Messwiderstand jeweils abfallenden Wechselspannung
auswerten.
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Gemäß einer
noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung ist mit den Ausgängen der beiden Operationsverstärker eine Auswerteschaltung
verbunden, welche die von den beiden Operationsverstärkern jeweils
abgegebenen Ausgangssignale mit festgelegten Schwellwertspannungen
vergleicht und welche in Abhängigkeit
von der Größe des Über- oder
Unterschreitens der genannten festgelegten Schwellwertspannungen
durch die von den betreffenden Operationsverstärkern jeweils abgegebenen Ausgangsspannungen
Meldesignale abgibt, die entweder einen ordnungsgemäßen Stromfluss
oder einen gestörten
Stromfluss durch wenigstens einen der vorhandenen elektrischen Verbraucher
und den mit diesem verbundenen gesteuerten Halbleiterschalter anzeigen.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines besonders geringen schaltungstechnischen
Aufwands für
den Aufbau der genannten Auswerteschaltung; diese Auswerteschaltung
kommt nämlich
im Prinzip mit zwei Spannungsvergleichern aus.
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Anhand
einer Zeichnung werden nachstehend das Verfahren und die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
näher erläutert.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer
Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Die betreffende Schaltungsanordnung dient im vorliegenden
Fall zur Überwachung der
Funktionsweise von zwei Verbraucherstromkreisen, die insbesondere
in einem Hausgerät,
wie einer Waschmaschine, einem Geschirrspüler, einem Trockner, etc. vorgesehen
sein können.
Von den beiden dargestellten Verbraucherstromkreisen umfasst der
eine einen elektrischen Verbraucher R1, und der andere umfasst einen
elektrischen Verbraucher R2. Diese elektrischen Verbraucher R1,
R2 können
beispielsweise elektrische Motoren oder Heizwiderstände sein.
Die beiden dargestellten elektrischen Verbraucher R1 und R2 sind
jeweils mit einem steuerbaren Halbleiterschalter T1 bzw. T2 in Reihe
geschaltet, und zwar mit der Laststrecke des jeweiligen Halbleiterschalters
T1 bzw. T2. Die betreffenden steuerbaren Halbleiterschalter sind
im vorliegenden Fall durch Triacs gebildet, deren Steuerelektroden
mit nicht näher
bezeichneten Steuerausgängen
einer Steuerschaltung Ctr verbunden sind, die von einer in der Zeichnung
angedeuteten Wechselspannungsquelle Vac gespeist wird. Anstelle
der vorstehend erwähnten
Triacs können
aber durchaus auch andere steuerbare Halbleiterschalter verwendet
werden, wie Thyristoren, Leistungstransistoren, wie sogenannte Power-MOSFETS, etc.
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Sämtliche
vorgesehenen steuerbaren Halbleiterschalter T1, T2 und die mit diesen
verbundenen elektrischen Verbraucher R1 bzw. R2 sind gemeinsam über einen
niederohmigen Messwiderstand Rm an der Wechselspannungsquelle Vac
angeschlossen, die eine Wechselspannung mit positiven und negativen
Spannungshalbwellen liefert und die beispielsweise die übliche Netzwechselspannung
von 230V, 50Hz sein kann.
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Grundsätzlich ist
es jedoch möglich,
für jeden
der vorhandenen Verbraucherstromkreise eine eigene Wechselspannungsquelle
vorzusehen.
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An
dem niederohmigen Messwiderstand Rm, dessen Widerstandswert von
der Höhe
der maximal zu erwartenden fließenden
Ströme
abhängt und
der einen Wert von beispielsweise 0,1 Ohm besitzen kann, ist eine
die positiven und die negativen Spannungshalbwellen der an diesem
Messwiderstand abfallenden Wechselspannung gesondert auswertende
Auswerteanordnung Ed angeschlossen. Diese Auswerteanordnung Ed umfasst
zwei Auswerteeinrichtungen in Form jeweils eines Operationsverstärkers Op1,
Op2.
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Der
als erster Operationsverstärker
zu bezeichnende Operationsverstärker
Op1 ist mit seinem nichtinvertierenden Eingang (+) am gemeinsamen Verbindungspunkt
der Triacs T1, T2 und des niederohmigen Messwiderstands Rm angeschlossen,
und er ist mit seinem invertierenden Eingang (–) über einen Widerstand R5 am
anderen Ende des Mess Widerstands Rm angeschlossen. Mit diesem anderen Ende
des Messwiderstands Rm, der gegebenenfalls geerdet sein bzw. auf
Massepotential liegen kann, ist ferner der Ausgang des ersten Operationsverstärkers Op1 über einen
Widerstand R3 angeschlossen. Der betreffende Ausgang des ersten
Operationsverstärkers
Op1 ist außerdem über einen
Widerstand R4 mit dessen invertierenden Eingang (–) verbunden.
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Der
als zweiter Operationsvertärker
zu bezeichnende Operationsverstärker
Op2, der im übrigen
vom selben Operationsverstärkertyp
sein kann bzw. ist wie der erste Operationsverstärker Op1, ist mit seinem invertierenden
Eingang (–) über einen
Widerstand R8 am gemeinsamen Verbindungspunkt der Triacs T1, T2
und des niederohmigen Messwiderstands Rm angeschlossen. Der nichtinvertierende Eingang
(+) des zweiten Operationsverstärkers
Op2 ist mit dem anderen Ende des niederohmigen Messwiderstands Rm
verbunden. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers Op2
ist zum einen über
einen Widerstand R6 an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Triacs
T1, T2 und des niederohmigen Messwiderstands Rm angeschlossen, und
er ist zum anderen über
einen Widerstand R7 mit seinem invertierenden Eingang (–) verbunden.
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Im
Hinblick auf die beiden vorstehend betrachteten Operationsverstärker Op1,
Op2 ist noch anzumerken, dass die für diese Operationsverstärker erforderlichen
Versorgungsspannungsquellen und deren Verbindung mit den betreffenden
Operationsverstärkern
hier nicht dargestellt sind, da dies nichts mit der vorliegenden
Erfindung als solcher zu tun hat.
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Aufgrund
der vorstehend erläuterten
Art des Anschlusses der beiden Operationsverstärker Op1, Op2 mit ihren nichtinvertierenden
Eingängen
(+) und invertierenden Eingängen
(–) an
dem niederohmigen Messwiderstand Rm ergibt sich, dass der erste
Operationsverstärker
Op1 als nichtinvertierender Verstärker arbeitet und die positiven
Halbwellen der an dem niederohmigen Messwiderstand Rm jeweils abfallenden
Spannung auswertet. Demgegenüber
arbeitet der zweite Operationsverstärker Op2 als invertierender
Verstärker,
der die negativen Halbwellen der an dem niederohmigen Messwiderstand
Rm jeweils abfallenden Spannung auswertet.
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Die
auf diese Weise von den Ausgängen
der beiden Operationsverstärker
Op1, Op2 jeweils abgegebenen Ausgangssignale werden im Falle des
ersten Operationsverstärkers
Op1 einem Eingang I1 einer Auswerteschaltung Ec und im Falle des
zweiten Operations verstärkers
Op2 einem Eingang I2 der betreffenden Auswerteschaltung Ec zugeführt. Diese Auswerteschaltung
vergleicht die betreffenden Ausgangssignale mit festgelegten Schwellwertspannungen
und kann in Abhängigkeit
von der Größe des Über- oder
Unterschreitens der betreffenden Schwellwertspannungen durch die
von den genannten Operationsverstärkern Op1, Op2 jeweils abgegebenen
Ausgangssignale an Ausgängen
O1 bzw. O2 Meldesignale abgeben, die entweder einen ordnungsgemäßen Stromfluss
oder einen gestörten Stromfluss
durch den jeweiligen Verbraucherstromkreis anzeigen, umfassend im
vorliegenden Fall zum einen den elektrischen Verbraucher R1 und
den mit diesem in Reihe liegenden Triac T1 und zum anderen den elektrischen
Verbraucher R2 und den dazu in Reihe liegenden Triac T2 mit seiner
Hauptlaststrecke.
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Bei
der vorstehend betrachteten Arbeitsweise der in der Zeichnung dargestellten
Verbraucherstromkreise ist davon ausgegangen worden, dass diese
alle gleichzeitig in Betrieb sind. In diesem Falle gibt ein einen
gestörten
Stromfluss anzeigendes Meldesignal, das an einem der Ausgänge O1,
O2 beispielsweise mit einem hohen Pegel auftritt, an, dass in wenigstens
einem der betreffenden Verbraucherstromkreise ein Fehler vorliegt.
In diesem Falle sind die zuvor erwähnten Schwellwertspannungen
entsprechend dem Gesamtbetrieb aller Verbraucherstromkreise festgelegt.
Ein Meldesignal, das beispielsweise mit einem niedrigen Pegel auftritt,
würde dann
einen ordnungsgemäßen Betrieb
der erfassten Verbraucherstromkreise anzeigen.
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Prinzipiell
ist es jedoch auch möglich,
dass die insgesamt vorhandenen Verbraucherstromkreise in Gruppen
mit jeweils mehreren Verbraucherstromkreisen aufgeteilt werden und
dass die zu jeweils einer solchen Verbraucherstromkreisgruppe gehörenden Verbraucherstromkreise
gleichzeitig in Betrieb gesetzt werden. In diesem Falle wären dann
in der Auswerteschaltung Ec beispielsweise den Strom-Normalwerten
der jeweiligen Verbraucherstromkreisgruppe entsprechende Schwellwertspannungen
bereitzustellen. Dies heißt,
dass zwischen der Abgabe von Steuersignalen von der Steuereinrichtung
Ctr und der Bereitstellung der jeweils zugehörigen Schwellwertspannungen
in der Auswerteschaltung Ec eine entsprechende Synchronisierung hergestellt
werden muss. Diese Synchronisierung kann beispielsweise durch eine
synchrone Umschaltung in der Steuersignalabgabe und der Schwellwertspannungsbereitstellung
erfolgen.
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Um
festzustellen, welcher einzelne der Verbraucherstromkreise fehlerhaft
arbeitet, ist die vorstehend erwähnte
Synchronisierung zwischen der Abgabe von Steuersignalen von der Steuereinrichtung
Ctr und der Bereitstellung der jeweils zugehörigen Schwellwertspannungen
in der Auswerteschaltung Ec auf jeden einzelnen Verbraucherstromkreis auszuweiten.
Dazu werden zum einen die steuerbaren Halbleiterschalter der vorhandenen
Verbraucherstromkreise einzeln nacheinander aktiviert, und zum anderen
werden in der Auswerteschaltung Ec den betreffenden Verbraucherstromkreisen
individuell zugehörige
Schwellwertspannungen bereitgestellt. Die dadurch ermittelten Meldesignale
sind dann den betreffenden Verbraucherstromkreisen individuell zugeordnet,
wodurch sich eine schnelle Fehlereingrenzung erreichen lässt.
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Durch
die zuvor erwähnten
Meldesignale kann beispielsweise in dem Fall, dass ein elektrischer Verbraucher
durch eine Umwälzpumpe
ohne gesonderte Tachorückmeldung
gebildet ist, bezogen auf einen vorgegebenen Nennwert ein zu hoher
Stromfluss erkannt und daraus abgeleitet werden, dass die betreffende
Umwälzpumpe
blockiert ist, woraufhin der Stromkreis der betreffenden Umwälzpumpe
sofort abgeschaltet werden kann. Dies bedeutet, dass der im Laststromkreis
dieses elektrischen Verbrauchers liegende steuerbare Halbleiterschalter
leistungsschwächer
und mit kleinerer Kühlfläche als
in dem Fall dimensioniert sein kann, dass eine solche Abschaltung
mangels entsprechender Überwachung nicht
sofort erfolgen kann.
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Überdies
lässt sich
die durch die erläuterte Auswerteanordnung
Ed vorgenommene Überwachung
der Funktionsweise der jeweils vorgesehenen Verbraucherstromkreise
beispielsweise durch eine Klartextanzeige oder durch eine 7-Segment-Anzeige mittels
entsprechender Anzeigeeinrichtungen darstellen, was bei gestörter Funktionsweise
der betreffenden Verbraucherstromkreise zu einer vereinfachten und
schnelleren Fehlerfindung führen
kann. In diesem Zusammenhang ist auch eine Anzeige darüber vornehmbar,
dass kein Fehler feststellbar ist bzw. dass die Verbraucherstromkreise
ordnungsgemäß funktionieren.
Derartige Anzeigen könnten
auch einem Kundendienst durch Fernabfrage verfügbar gemacht werden, um vorab
Diagnosen stellen zu können.
In jedem Falle ist durch die vorliegende Erfindung eine vereinfachte
und schnellere Fehlerfindung im Falle des fehlerhaften Arbeitens
eines oder mehrerer der vorhandenen Verbraucherstromkreise ermöglicht.
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Außerdem lassen
sich durch die vorliegende Erfindung ein Dauerbetrieb (Vollwellenbetrieb)
und ein Halbwellenbetrieb im jeweiligen Verbraucherstromkreis auf
einfache Weise erkennen. Dabei ist das Erkennen eines ständigen Halbwellenbetriebs insbesondere
bei Verwendung von Pumpenmotoren als elektrische Verbraucher wichtig,
da diese Pumpenmotoren bei ständigem
Halbwellenbetrieb zerstört
werden. Abhilfe schafft hier eine Vollwellensteuerung der betreffenden
Motoren verbunden mit der Ausgabe eines entsprechenden Warnhinweises
und der zunächst
möglichen
Abschaltung der betreffenden Pumpenmotoren. Dies kann durch die
vorliegende Erfindung sichergestellt werden.
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Abschließend sei
noch angemerkt, dass die vorliegende Erfindung zuvor im Zusammenhang
mit der Überwachung
der Funktionsweise von zwei Verbraucherstromkreisen erläutert worden
ist. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt; sie
kann vielmehr zur Überwachung
der Funktionsweise wenigstens eines Verbraucherstromkreises, aber
auch zur Überwachung
der Funktionsweise von mehr als zwei Verbraucherstromkreisen herangezogen
werden.